Аннотация: Объектом исследования настоящей работы являются однородные коллективы автоматов, обладающие свойством целенаправленного поведения. Предметом настоящего исследования является сравнение различных конструкций таких автоматов при реализации условий игры в размещения.  Целью настоящего исследования является количественная оценка влияния инерционных свойств автоматов и значений глубины памяти на эффективность функционирования коллектива автоматов в рамках игры в размещения. В рассматриваемых коллективах автоматы выполняют действия в заданной среде обитания с различной степенью результативности. Автоматы, в соответствии со своей конструкцией, реагируют на поданный входной сигнал очередным действием. Оценка эффективности автомата определяется, как сумма положительных сигналов, или отрицательных сигналов, полученных автоматом за рассматриваемый промежуток времени. Указанная характеристика зависит, как от заявленной конструкции автомата, так и от глубины его памяти. Требуется определить наиболее простые конструкции автоматов, позволяющие достигать оптимума эффективности в заданной окружающей среде наискорейшим образом. Формализация, как свойство окружающей среды, так и действий автоматов, а также обработка полученных результатов производится при помощи аппарата теории игр. В этом случае значения эффективности функционирования автоматов представляются, как совокупные суммы выигрышей и проигрышей игроков-автоматов. Новизной проведенного исследования является построение интегральной оценки эффективности поведения коллектива автоматов, позволяющей проследить не только стремление коллектива к маскимизации суммы поощрений, но и к минимизации внутриколлективной конкуренции. Полученный результат позволяет проследить влияние инерционных качеств автоматов, реализованных в виде соответствующих конструкций, на эффективность функционирования в заданной окружающей среде, формализованной в виде игры в размещения. Автомат с линейной тактикой и автомат Крылова образуют две предельные реализации автоматной стратегии приближения к оптимуму. Первые за счет высокой скорости смены действий, вторые за счет длительного пребывания в состояниях, близких к оптимальным. Областью применения полученных результатов является дальнейшее исследование более сложных динамических сред при помощи наиболее простых конструкций автоматов, так как синхронные коллективы автоматов в процессе вычислительной реализации плохо поддаются распараллеливанию, что приводит к значительному росту временных и вычислительных затрат при усложнении структуры динамических сред или при увеличении данных оптимизационных задач.

Ключевые слова: однородный коллектив автоматов, целесообразное поведение, поощрения, штрафы, обучение с подкреплением, автомат, глубина памяти, теория игр, оптимальная стратегия, игра в размещения

Abstract: The object of research in this work is homogeneous collectives of automata with the property of purposeful behavior. The subject of this study is a comparison of different designs of such machines in the implementation of the conditions of the game of placement. The aim of the study is to establish the best (or similar) structures in terms of properties in order to optimize the time and computational costs of more complex machine learning models based on the principle of reinforcement learning. In the collectives under consideration, automata perform actions in a given habitat (functioning) with varying degrees of effectiveness. The automata, in accordance with their design, react to the input signal with another action. The evaluation of the effectiveness of the machine is defined as the sum of positive signals (rewards) or negative signals (penalties) received by the machine during the considered period of time. This characteristic depends on both the declared design of the machine and the depth of its memory. It is necessary to determine the simplest designs of automata that allow achieving optimal efficiency in a given environment in the shortest possible way. The formalization of both the properties of the environment and the actions of automata, as well as the processing of the results obtained, is carried out using the apparatus of game theory. In this case, the values of the effectiveness of the functioning of the machines are represented as the cumulative amounts of winnings and losses of the slot machine players. As result of the research the designs of automata that provide a given efficiency of functioning with a minimum depth of memory (the least complex design) are presented. The result obtained makes it possible to trace the influence of the inertial qualities of automata, implemented in the form of appropriate structures, on the efficiency of functioning in a given environment, formalized in the form of a game of placement. An automaton with linear tactics and a Krylov automaton form two marginal implementations of an automaton strategy for approaching the optimum. The first is due to the high speed of changing actions, the second is due to a long stay in states close to optimal. The field of application of the results obtained is further investigation of more complex dynamic environments using the simplest designs of automata, since synchronous collectives of automata in the process of computational implementation are difficult to parallelize, which leads to a significant increase in time and computational costs with the complication of the structure of dynamic environments or with an increase in these optimization tasks.

Keywords: optimal strategy, game theory, memory depth, machine, reinforcement learning, fines, incentives, appropriate behavior, homogeneous group of machines, placement game

Аннотация: Объектом исследования являются процессы выбора оптимальной аппаратной архитектуры при организации ресурсоемких вычислений. Предметом исследования являются процессы решения оптимизационных задач генетическими алгоритмами на GPU и CPU архитектурах. Показано влияние выбора аппаратной архитектуры на процесс решения оптимизационной задачи: определены абсолютные и относительные зависимости замедления вычислительного процесса, при выборе нерациональной аппаратной архитектуры, от числа особей, обрабатываемых алгоритмом. Установлено, что для рассматриваемой задачи граница наиболее эффективной аппаратной конфигурации может находиться в диапазоне от 1000 до 5000 особей. По этой причине, размытость границы эффективной аппаратной конфигурации целесообразно описывать как множество пар «число особей- принадлежность к переходу» Метод исследования базируется на анализе результатов проведенного вычислительного эксперимента. Целью эксперимента является определение зависимостей времени выполнения генетического алгоритма (ГА) на GPU и CPU архитектурах от числа генерируемых особей (хромосом). Проведено сопоставление зависимостей минимального и максимального времени работы генетического алгоритма, выполняемого на GPU и CPU от числа особей. Показано, что при решении рассмотренной задачи минимальные и максимальные временные зависимости алгоритма, выполненного на GPU, близки к линейной функции; минимальные временные зависимости алгоритма, выполненного на СPU близки к линейной функции, а максимальные - к полиномиальной.

Ключевые слова: Оптимизация вычислений, генетический алгоритм, адаптация, центральный процессор, графический процессор, интеллектуальные системы, предпочтительная аппаратная архитектура, эволюция, многопоточность, моделирование

Abstract: The object of research is the process of choosing the optimal hardware architecture for organizing resource-intensive computing. The subject of the research is the process of solving optimization problems by genetic algorithms on GPU and CPU architectures. The influence of the choice of hardware architecture on the process of solving the optimization problem is shown: the absolute and relative dependences of the slowdown of the computing process, when choosing an irrational hardware architecture, on the number of individuals processed by the algorithm are determined. It is established that for the considered problem, the boundary of the most efficient hardware configuration can be in the range from 1000 to 5000 individuals. For this reason, it is advisable to describe the blurring of the boundary of an effective hardware configuration as a set of pairs “number of individuals — membership in a transition”. The research method is based on an analysis of the results of a computational experiment. The purpose of the experiment is to determine the dependencies of the runtime of the genetic algorithm on the GPU and CPU architectures on the number of individuals generated (chromosomes). The dependences of the minimum and maximum time of the genetic algorithm running on the GPU and CPU on the number of individuals are compared. It is shown that when solving the considered problem, the minimum and maximum time dependences of the algorithm performed on the GPU are close to a linear function; the minimum time dependences of the algorithm performed on CPU are close to a linear function, and the maximum to polynomial.

Keywords: preferred hardware architecture, intelligent system, graphics processing unit, central processing unit, adaptation, genetic algorithm, optimize calculations, evolution, multithreading, modeling

Аннотация: В данной работе рассматривается проблема автоматического распараллеливания C-программ (преимущественно вычислительного характера) с применением директив Cilk++, с помощью ограниченного набора которых может быть явно выражен параллелизм по задачам. Для решения данной проблемы формулируется концепция распознающих объектно-событийных моделей, потенциально способных к разбору и трансформации произвольных текстов. Данная концепция является развитием предложенной автором ранее теории объектно-событийных моделей, которые, в предельной постановке, эквивалентны расширенным машинам Тьюринга. Используется общий подход теории объектно-событийных моделей, утверждающей возможность описания произвольных алгоритмов с помощью указанных моделей. Предлагается технология анализа и трансформации как структурированных, так и неструктурированных текстов с применением распознающих объектно-событийных моделей. Предложена стратегия автоматического распараллеливания C-программ с применением директив Cilk++, основывающаяся на указанной технологии. На примере автоматического распараллеливания простой вычислительной программы получены данные об ускорении и эффективности распараллеливания. Утверждается, что разработанная технология может использоваться в составе системы порождения программ для распараллеливания сгенерированных программ.

Ключевые слова: автоматическое распараллеливание, язык C, расширение Cilk, объектно-событийные модели, распознавание алгоритма, трансформация алгоритма, система порождения программ, логическое программирование, параллелизм задач, параллельные вычисления

Abstract: In this paper, the author considers the problem of automatic parallelization of C programs (mainly computational) with the use of Cilk ++ directives, with the help of a limited set of which parallelism in tasks can be clearly expressed. To solve this problem, the concept of recognizing object-event models, potentially capable of parsing and transforming arbitrary texts, is formulated. This concept is a development of the theory of object-event models proposed by the author earlier, which, in the marginal formulation, are equivalent to advanced Turing machines. A general approach of the theory of object-event models is used, which asserts the possibility of describing arbitrary algorithms using these models. The technology of analysis and transformation of both structured and non-structured texts with the use of recognizing object-event models is proposed. A strategy is proposed for automatic parallelization of C programs using Cilk ++ directives based on this technology. Using the example of automatic parallelization of a simple computing program, data on acceleration and efficiency of parallelization are obtained. It is argued that the developed technology can be used as part of a program generating system for parallelizing the generated programs.

Keywords: program generation system, algorithm transformation, algorithm recognition, object-event models, Cilk, C programming language, automatic parallelizing, logical programming, task parallelism, parallel computations

Аннотация: Предметом исследования является сфера разработки программного обеспечения. Важной прикладной задачей является достоверное прогнозирование сроков разработки программного обеспечения. Однако отсутствие массива типовых работ по созданию программного обеспечения, время выполнения которых заранее определено регламентом или замерено с использованием хронометража, существенно затрудняет решение названной задачи. С учетом такой неопределенности создана математическая модель оценивания погрешностей прогнозирования сроков разработки программного обеспечения на основе нечёткой адаптивной системы, основанной на массиве продукционных правил, антецеденты и консеквенты которых представлены лингвистическими переменными. Методология исследования объединяет методы программной инженерии и методы нечеткого логического вывода с применением нечетких регуляторов на основе продукционных правил. Основным результатом исследования является модель оценивания погрешностей прогнозирования сроков разработки программного обеспечения на основе нечёткой адаптивной системы и результаты исследования ее потенциальной эффективности. Показано, что достоинствами разработанной модели являются: возможность получения оценки ошибки на основе экспертных оценок при отсутствии статистических данных; возможность корректировки модели в ходе выполнения проекта; устойчивость модели к разовым шумовым изменениям в результирующих значениях;возможность переноса модели в новый проект.

Ключевые слова: программная инженерия, разработка программ, время разработки программы, нечеткий регулятор, программное обеспечение, оценка времени программирования, продукционный логический вывод, затраты на программирование, сложность программного обеспечения, проект разработки программы

Abstract: The subject of research is in the area of software development. An important task for this field is to accurately predict the timing of software development. However, the lack of standard set of tasks for which the execution time is predetermined or measured considerably complicates time management. Given these uncertainties, the author created a mathematical model of estimation of errors in predicting the timing of software development based on adaptive fuzzy system with an array of production rules, the antecedents and the consequent for which are represented by linguistic variables. The research methodology combines software engineering techniques and methods of fuzzy inference using fuzzy controllers based on production rules. The main result of the research is in building a model of estimation of errors in predicting the timing of software development based on fuzzy adaptive control system and the studies of its potential effectiveness. It is shown that the advantages of the developed model are: the possibility of obtaining error estimates based on expert judgment in the absence of statistical data; the possibility of adjusting the model during the project; the stability of the model to the one-time changes in the resulting noise values; the ability to transfer the model in a new project.

Keywords: productional logical conclusion, evaluation of programming time, software, fuzzy controller, development time program, software development, software engineering, programming costs, complexity of the software, software development project

Аннотация: In this paper, we present an extended stream processors texture generation model for displaying educational content in 3D virtual worlds. The model suggests conducting image-processing tasks on stream processors in order to reduce the load on CPU. The main objective of the paper is to provide the evaluation results of the suggested extended model based on a series of tests. The extension of the model consists of using fixed pipeline features of stream processors. The obtained results of performance evaluation confirm high efficiency and veracity of the generalized mathematical and programming models for image processing. High performance can be explained by specificity problem of generating educational content for virtual words because the source data for the synthesis of images and the data area for the resultant images are in the local memory of stream processors.

Ключевые слова: 3D virtual worlds, image processing, stream processors, educational content, vAcademia, performance evaluation, mathematical model, programming model, performance, image synthesis

Abstract: In this paper, we present an extended stream processors texture generation model for displaying educational content in 3D virtual worlds. The model suggests conducting image-processing tasks on stream processors in order to reduce the load on CPU. The main objective of the paper is to provide the evaluation results of the suggested extended model based on a series of tests. The extension of the model consists of using fixed pipeline features of stream processors. The obtained results of performance evaluation confirm high efficiency and veracity of the generalized mathematical and programming models for image processing. High performance can be explained by specificity problem of generating educational content for virtual words because the source data for the synthesis of images and the data area for the resultant images are in the local memory of stream processors.

Keywords: 3D virtual worlds, image processing, stream processors, educational content, vAcademia, performance evaluation, mathematical model, programming model, performance, image synthesis